氫氧化鋁阻燃劑

近年，高分子材料被廣泛用于日常生活中，但由于其易燃、發(fā)煙大等特性，極易成為火災(zāi)的直接活化劑，因?yàn)閷Ω叻肿硬牧线M(jìn)行阻燃處理是必須的。 橡膠起火 阻燃劑可分為有機(jī)與無機(jī)兩類，而在無機(jī)類阻燃劑中，氫氧化鋁由于具有阻燃、消煙、填充3大功能，在化學(xué)上是惰性的、無毒、不會(huì)產(chǎn)生二次污染，因此在國內(nèi)外均被譽(yù)為“無公害阻燃劑”。 一、氫氧化鋁阻燃劑的優(yōu)勢 雖說有機(jī)阻燃劑中的溴系阻燃劑具有阻燃效率高、添加量少、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但為了順應(yīng)阻燃劑市場高阻燃、低煙霧、無害化的發(fā)展趨勢，無機(jī)阻燃劑的開發(fā)和利用逐漸得到了更多的助力的支持。超細(xì)氫氧化鋁常溫下物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生二次污染，白度高，具有優(yōu)良的色度指標(biāo)。且納米氫氧化鋁不僅可提高阻燃聚合物的有限氧指數(shù)，增加阻燃性能，且有助于改善聚合物制品的表面光潔度和力學(xué)、電學(xué)性能，增強(qiáng)其抗漏電、耐電弧和耐磨損能力。另外，氫氧化鋁與其它阻燃劑的復(fù)合使用效果十分理想，是一種具有廣闊前景的無機(jī)阻燃劑。 二、氫氧化鋁的阻燃機(jī)理 國內(nèi)外市場上作為阻燃劑用的氫氧化鋁，主要是α-三水合氧化鋁(ATH)，常用α-Al2O3·3H2O表示。氫氧化鋁受熱至200～220℃左右時(shí)開始吸熱分解，放出3個(gè)結(jié)晶水。 2Al(OH)3→Al2O3+ 3H2O 分解時(shí)Al(OH)3吸熱達(dá)1967.2 kJ/kg，吸收這樣大的熱量是其具有阻燃作用的主要原因。 氫氧化鋁其阻燃機(jī)理大致可以歸納如下： （1）吸熱作用。在200～350℃脫水吸熱，抑制聚合物的溫升； （2）稀釋作用。Al(OH)3填充，使可燃性高聚物的濃度下降。Al(OH)3脫水放出的水汽稀釋可燃性氣體和氧氣的濃度，可阻止燃燒； （3）覆蓋作用。Al(OH)3脫水后在可燃物表面生成Al2O3保護(hù)膜，隔絕氧氣，可阻止繼續(xù)燃燒； （4）碳化作用。阻燃劑在燃燒條件下產(chǎn)生強(qiáng)烈脫水性物質(zhì)，使塑料碳化而不易產(chǎn)生可燃性揮發(fā)物，從而阻止火焰蔓延。 三、氫氧化鋁的制備方法 制備氫氧化鋁阻燃劑的方法有水熱合成法、碳分法、液相共沉淀法、超重力反應(yīng)沉淀法等。 1.水熱合成法 活性鋁粉與水接觸，只要達(dá)到反應(yīng)條件，則劇烈反應(yīng)，最終產(chǎn)物為極細(xì)的灰白色粉末，其產(chǎn)物均為Al(OH)3和AlO(OH)，用此法可以制備出平均粒徑為80nm以下的粉末。 2.碳分法 用氣體通入溶液，使其析出氫氧化鋁。采用此法可制備出超細(xì)擬薄水鋁石和活性氫氧化鋁。 3.液相共沉淀法 采用氫氧化鋁和an水變速滴加混合物法，可得到顆粒尺寸小于5nm的Al(OH)3沉淀，而且在該反應(yīng)液中加入一定量表面活性劑，還可合成出粒徑細(xì)小，尺寸分布范圍窄的納米產(chǎn)品。 4.超重力反應(yīng)沉淀法 利用超重力反應(yīng)沉淀法制得了粒度可控(15-30nm)，粒度分布窄的納米lA(OH)3粉體，制成的產(chǎn)品可廣泛添加在各種防火涂料、聚合物材料之中。 四、氫氧化鋁的改性研究 氫氧化鋁作為無機(jī)阻燃劑，雖然有無毒、不揮發(fā)、價(jià)廉、燃燒時(shí)無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但是其添加量必須在50%以上時(shí)才能充分顯示阻燃效果。這么高的填充量勢必影響高聚物與無機(jī)填料的相容性和力學(xué)性能，為此需要對氫氧化鋁進(jìn)行表面處理及與其他阻燃劑混合使用組成實(shí)用的阻燃體系，減少其用量，提高阻燃效果，以下便是部分改性方法。 1.表面改性 無機(jī)阻燃劑具有較強(qiáng)的極性及親水性，同非極性聚合物材料間相容性差，界面難以形成良好的結(jié)合。為了改善ATH與聚合物間的粘結(jié)力和界面親和性，采用偶聯(lián)劑對ATH阻燃劑進(jìn)行表面處理是最為行之有效的方法之一。 ATH常用的偶聯(lián)劑是鈦酸酯類。經(jīng)處理后的ATH阻燃效果好，能夠有效提高聚酯的彎曲強(qiáng)度和環(huán)氧樹脂的拉伸強(qiáng)度；經(jīng)1烯基處理的ATH，可用于提高交聯(lián)-醋酸共聚物的阻燃性、耐熱性、抗?jié)裥浴? 改性氫氧化鋁粉體 2.與無機(jī)阻燃劑的協(xié)同效應(yīng) 少量的阻燃增效劑可以顯著改善ATH填充體系的性能，如提高阻燃性、抑制滴落、改善力學(xué)性能。與ATH起協(xié)同作用的無機(jī)阻燃劑范圍很廣泛，主要有以下3種類型。 ①金屬氧化物。ATH可與諸多金屬氧化物產(chǎn)生協(xié)同作用，曾有文獻(xiàn)報(bào)道ATH能與Ni、Zn、Mn、Zr、Sb、Fe、Ti的氧化物并用產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。其中，F(xiàn)e、Sb的氧化物對提高阻燃效率和分散性作用較為突出。 ②硼化物。ATH能與銨、硼砂、酸鋇等起協(xié)同作用，效果良好且應(yīng)用廣泛的[Zn3(BO3)2·3H2O]可以促進(jìn)材料燃燒時(shí)碳化和具有抑煙作用。 ③堿土金屬氫氧化物。堿土金屬氫氧化物主要指Mg(OH)2。ATH的分解溫度為200℃，Mg(OH)2的分解溫度為430℃，將兩者并用可以彌補(bǔ)ATH因其分解溫度較低而導(dǎo)致材料阻燃性能下降的缺陷，并且可以使復(fù)合阻燃劑在材料氧化分解過程中一直具有較好的阻燃效果。 3.與阻燃劑的協(xié)同效應(yīng) 阻燃劑包括:有機(jī)阻燃劑和無機(jī)阻燃劑等，它們對ATH都有較好的協(xié)同效應(yīng)，尤其是無機(jī)阻燃劑與ATH的協(xié)同效應(yīng)最為明顯。 4.與多種阻燃劑復(fù)配 ATH與單種阻燃劑發(fā)生增效作用是有限的，因而常常是把多種阻燃劑復(fù)配在一起，使它們相互增效，取長補(bǔ)短，達(dá)到降低阻燃劑的用量，提高材料阻燃性能、加工性能和力學(xué)性能的目的。 Iinuma等研究了ATH、Mg(OH)2、三者復(fù)配體系。增效情況表明，Mg(OH)2、不但能使ATH阻燃體系在較寬的溫度范圍內(nèi)起作用，而且也使ATH的用量減少，體系的阻燃性能提高，力學(xué)性能也得到了改善。 五、氫氧化鋁阻燃劑的應(yīng)用 1.不飽和聚酯 在用不飽和聚酯澆注制作各種高壓或低壓電器開關(guān)時(shí)，添加氫氧化鋁可使制品具有阻燃性、消煙性以及抗電弧性。由于高白氫氧化鋁的白度達(dá)93%以上，有一定的結(jié)晶形態(tài)，并具有與聚酯樹脂相近的折光系數(shù)，近年來國內(nèi)外常用聚酯樹脂加氫氧化鋁制成新型裝飾材料——“人造瑪瑙”。 2.環(huán)氧樹脂 在環(huán)氧樹脂中，氫氧化鋁有顯著提高氧指數(shù)的作用，如在100份環(huán)氧樹脂中添加80份氫氧化鋁，氧指數(shù)可從原來的20.0提高到27.5，這樣的環(huán)氧樹脂可用于密封材料、澆鑄件、環(huán)氧樹脂玻璃纖維片等。經(jīng)氫氧化鋁填充的環(huán)氧樹脂在制作變壓器、絕緣器材、開關(guān)裝置等方面也有很大的發(fā)展前途。 3.熱塑性塑料 使用氫氧化鋁作為阻燃劑的熱塑性塑料中最常見的是聚氯乙x。氫氧化鋁取代碳酸鈣非常容易地?fù)胶偷皆鏊艿木勐纫襵中。為了達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的阻燃性，一是氫氧化鋁和增塑劑并用，另一種方法是將氫氧化鋁和鋅并用，這些配方已用于PVC的電線、電纜料中。 此外，在聚乙x和聚丙烯等可燃性聚烯烴塑料制品中加入高填充量的氫氧化鋁，不但阻燃，而且通過近年來新的表面處理技術(shù)，可使高填充量的聚烯烴通過復(fù)合反應(yīng)較易進(jìn)行模鑄加工，改善了產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊性能，使其廣泛應(yīng)用在電氣導(dǎo)管和設(shè)備外套方面。 4.合成橡膠 氫氧化鋁在橡膠中不但可以作阻燃劑，而且可作補(bǔ)強(qiáng)劑用于丁苯橡膠的膠乳泡沫橡膠和地毯底層的橡膠粘接劑，也可用于鋪墊用的氯丁橡膠。另外，氫氧化鋁對于提高硅橡膠的耐漏電起痕性能也起到了重要作用。?????